無功補償設計

《電力系統(tǒng)自動化》課程設計報告書題學專目名稱：院:業(yè):無功補償設計機電工程學院電氣工程及其自動化班學姓指導教級號名師2013級2班130313100162016年12月課程設計報告書文將對供配電系統(tǒng)中無功功率產(chǎn)生機理及其對電力系統(tǒng)產(chǎn)生的影響及造成的危害進行分析同時分析研究無功補償裝置的原理通過設 電容器的無功補償?shù)玫揭惶纵^為完善的補償方案計 要無功補償?shù)呐潆娋W(wǎng)進行無功補償.目的電力系統(tǒng)的無功平衡,是保證電壓質(zhì)量的基本條件,有效的電壓控制和合理的無功補償，不僅能保證電壓質(zhì)量，而且能提高電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性和安全性.電網(wǎng)無功補償設備有調(diào)相機、并聯(lián)電容器、串聯(lián)電容器、靜止補等.小及施工運行維護簡單等優(yōu)點,而被電網(wǎng)大量而普遍的使用。并聯(lián)電容補償裝置設計是一個綜合性的技術，除考慮電容器本體外，還涉及到與許多設備的配合，如開關、電抗器、熔斷器、避雷器等;在電氣性能方引言面除考慮其合閘涌流和分閘過電壓外,還應考慮系統(tǒng)的無功電壓、線損、諧振等一系列的問題一、無功補償?shù)囊饬x無功補償技術是提高電網(wǎng)供電能力、減少電壓損失和降低網(wǎng)損的一種有效措施。電力電容器具有無功補償原理簡單、安裝方便、投資小,有功損耗小,運行維護簡便、安全可靠等優(yōu)點.因此，在當前，隨著電力負荷的增加要想提高電網(wǎng)系統(tǒng)的利用率,通過采用補償電容器進行合理的補償，是能夠提高供電質(zhì)量并取得明顯的經(jīng)濟效益的。二、無功補償裝置2.1無功補償裝置的類型無功補償裝置按照出現(xiàn)的時間順序可以分為傳統(tǒng)的補償裝置和現(xiàn)代的補償裝置.傳統(tǒng)補償裝置有由簡單的電容器和電抗器構成的補償裝置和同步調(diào)相機；現(xiàn)在的補償裝置一般由可以快速反應的晶閘管控制如晶閘管控制電抗器、晶閘管投切電容器等。變電站中傳統(tǒng)的無功補償裝置主要是調(diào)相機和靜電電容器。隨著電設力電子技術的發(fā)展及其在電力系統(tǒng)中的應用交流無觸點開關SCRGTR、計 GTO等相繼出現(xiàn),將其作為投切開關無功補償都可以在一個周波內(nèi)完成，內(nèi) 而且可以進行單相調(diào)節(jié)。如今所指的靜止無功補償裝置一般專指使用晶閘管投切的無功補償設備，主要有以下三大類型：容（1）具有飽和電抗器的靜止無功補償裝置；（2）晶閘管控制電抗器、晶閘管投切電容器，這兩種裝置統(tǒng)稱為SVC（3）采用自換相變流技術的靜止無功補償裝置-—高級靜止無功生器2。2無功補償裝置的作用：無功功率比較抽象它是用于電路內(nèi)電場與磁場的交換,并用來在氣設備中建立和維持磁場的電功率。它不對外作功，而是轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌降哪芰糠彩怯须姶啪€圈的電氣設備,要建立磁場就要消耗無功功率.無功功率決不是無用功率，它的用處很大。電動機的轉(zhuǎn)子磁場就是靠從電源取得無用功率建立的.變壓器也同樣需要無功功率才能使變器的一次線圈產(chǎn)生磁場，在二次線圈感應出電壓。在電力系統(tǒng)中,由于無功功率不足，會使系統(tǒng)電壓及功率因素降低從而損壞用電設備,嚴重時會造成電壓崩潰使系統(tǒng)瓦解造成大面積停低,成電能損耗增加,效率降低,限制了線路的送電能力，影響電網(wǎng)的安全運行及用戶的正常用電。無功補償設備的作用：（1）改善功率因數(shù)；（2）改善電壓調(diào)節(jié)；（3）調(diào)節(jié)負載的平衡性三、投切開關的選取對于無功功率補償裝置來說，選擇何種電容器投切執(zhí)行機構，對整套裝置的安全運行是至關重要的。目前用于電容器投切的執(zhí)行元件主要有:(1)電容器專用接觸器此類產(chǎn)品是在普通接觸器的基礎上增加限流電阻或限流線圈的方案來限制合閘涌流。安裝接線方便,運行費用低且價格低廉.但會產(chǎn)生投切涌流和關斷時的過電壓,僅適用于負載無功功率變化不大且不頻繁操作、系統(tǒng)工作較平穩(wěn)的場合.（2)晶閘管電子開關,此類產(chǎn)品具有電壓過零投入、電流過零切除反應速度快等特性，可實現(xiàn)電容器的投入無涌流、切除無過壓、投切無電弧的快速動態(tài)補償功能，該裝置特別適用于電容器需要頻繁投切的無功補償場合.但晶閘管也存在損耗大、散熱差等不足，影響了無功補償裝置的可靠性，且成本相對過高。(3復合開關復合開關的工作原理是將晶閘管和交流接觸器并接,電容器投切瞬間，晶閘管工作，正常接通期間接觸器可靠閉合，既有可控硅開關過零投切的優(yōu)點，又有接觸器無功耗的優(yōu)點.投電容器時，保證電壓過零合閘；切電容時，保證電流為零關斷，在保證快速投切情況下,避免了涌流、諧波注入及觸點燒損現(xiàn)象。而在正常工作時，利用接觸器導通容量大壓降小功耗小工作可靠等優(yōu)點不會帶來高溫升、高能耗問題.復合開關適宜頻繁操作，整機使用壽命長，價格也相對適中。要保證投切開關長期、可靠的運行，選用時必須注意以下幾點(1）投切開關的額定電流必須與投切的電容的額定電流匹配。(2)投切開關的接線端子過流要滿足額定電流。(3）投切開關的端子的接線必須牢固可靠四、電容器無功補償方式電容器補償裝置可以串聯(lián)補償也可并聯(lián)補償，一般用于補償配電中感性負荷.在電力系統(tǒng)中，負載類型是多樣化的，但其中以異步電動機類型的負載為最多。異步電動機類型的負載為阻感性負載，可認為電感和電阻R串聯(lián)的負載，其功率因數(shù)可用式公式計算。此時,電壓U與電流I之間的相位差由補償前的1?變小到2?即系統(tǒng)的功率因數(shù)提高,如果補償后的功率因數(shù)2cos?達到要求，則達到了無功補償?shù)哪康摹?.1串聯(lián)無功補償串聯(lián)電容器提升的末端電壓的數(shù)值QcX/V隨無功負荷增大而增大減小而減小恰與調(diào)壓要求一致這是串聯(lián)電容器調(diào)壓的一個顯著優(yōu)點.但對負荷功率因數(shù)高（cos>0.95）或者導線截面小的線路,由于分量的比重較大,串聯(lián)補償?shù)恼{(diào)壓效果就很小。此外，串聯(lián)補償可能會產(chǎn)生鐵磁諧振和自勵磁等許多異?，F(xiàn)象.串聯(lián)電容器與導線相串聯(lián)以補償線路的感性電抗。這將減小線路所連節(jié)點間的轉(zhuǎn)移電抗，增大最大傳輸功率，減小實際的無功功率損耗.盡管串聯(lián)電容器通常不用于電壓控制，但它們確實能改善電壓控制和無功功率平衡。由于串聯(lián)電容器產(chǎn)生的無功功率隨功率傳輸?shù)脑黾佣黾?，在這個方面,串聯(lián)電容器能自我調(diào)節(jié)。串聯(lián)電容器主要用于補償線路的部分串聯(lián)感抗,從而降低輸送功率時的無功功率損耗,也是得到較早應用的一種無功功率補償裝置。它是國內(nèi)外電力系統(tǒng)在遠距離輸電時比較普遍采用的提高系統(tǒng)穩(wěn)定性和輸送能力的重要手段。如圖(a,RL為等效感性電路或感性負載C（b)為電壓矢量三角關，圖（c）為電阻、電感和阻抗矢量三角關系.由此可知，只要串聯(lián)恰當?shù)碾娙萜?，就可以減小功率因數(shù)角?2即提高功率因數(shù)cos?2。由此可知，只要串聯(lián)恰當?shù)碾娙萜?，就可以減小功率因數(shù)角?2即提高功率因數(shù)cos?2。4。2并聯(lián)電容器組是電網(wǎng)中使用較廣的一種專用于無功功率補償?shù)脑O備,它以其低廉的價格、方便的使用而受到廣泛使用。其補償原理前文己有敘述，這里不再介紹。按照電容器組安裝位置的不同，并聯(lián)電容器組無功功率補償方式一般可以分為集中補償方式、分散補償方式和單機就地補償方式三種。1）集中補償方式：將電容器組直接安裝在變電所的6～10KV母線上，用來提高整個變電所的功率因數(shù),使該變電所的供電范圍內(nèi)無功功率基本平衡.可以減少高壓線路的無功損耗，而且能夠提高供電電壓質(zhì)量。)分組補償方式：將電容器組分別裝設在功率因數(shù)較低的終端配電所高壓或低壓母線上，也稱為分散補償這種方式具有與集中補償相同的優(yōu)點，僅無功補償容量和范圍相對小些。但是分組補償效果比較明顯，采用的較為普遍。（3）就地補償方式：將電容器或電容器組裝設在異步電動機或者電感性用電設備附近，就地進行無功補償，也稱為單獨補償或個別補償方式。這種方式既能提高為用電設備供電回路的功率因數(shù),又能改善用電設備的電壓質(zhì)量,對中小型設備十分適用。4.3并聯(lián)電容器的接線方式電容器接線方式不同，相應的補償方式也不同。在無功補償中線路的補償電容器組有如下三種接線方式三角形接法△接法星形接法Y接法、三角形和星形相結合接法（△，相應的補償方式也就分為三相共補、三相分補、三相共補與三相分補相結合的方式.三角形接線對應于三相共補的方式如圖3所示傳統(tǒng)的低壓補償大都是采用三相共補的方式，根據(jù)控制器統(tǒng)一采樣，各相投入相同的補償容量.這種補償方式適用于三相負載基本平衡、各相負載的功率因數(shù)相近的網(wǎng)絡。星形接線對應于三相分補方式。三相分補方式就是各相分別取樣，按照需要分別投入不同的補償容量。此種方法適用于各相負載相差較大其功率因數(shù)值也有較大差別的場合與三相共補不同的是控制器分相進行工作,互不影響.當然,其價格高于三相共補的裝置,一般要貴20％。三角形和星形相結合接線對應于三相共補與三相分補相結合的方式。三相共補部分的電容器為△接線，三相分補部分的電容器為Y接線。采用此種接線方式的補償裝置,運行方式機動靈活.4.4并聯(lián)無功補償并聯(lián)無功補償與串聯(lián)無功補償?shù)淖饔弥欢荚谟跍p少電壓損耗中的QcX/V分量并聯(lián)補償能減少Q(mào),采用并聯(lián)補償能從網(wǎng)損節(jié)約中得到抵償,而在降低網(wǎng)損及提高用戶功率因數(shù)方面，并聯(lián)補償要比串聯(lián)補償優(yōu)越的多.4.5并聯(lián)電容器裝置的投切方式對電力低壓用戶而言按功率因數(shù)變化控制電容器組的投切是主要的方式。對于系統(tǒng)內(nèi)樞紐點大容量電容器組的投切,應綜合考慮無功功率、電壓、時間及有載調(diào)壓變壓器等因素.10kV及以下的電容器組的自動投切技術比較成熟和簡單,設備選也較容量，固定宜選用自動投切方式。35kV及以上電容器組的自動切的技術相對較復雜和不成熟，其頻繁操作對高壓開關的機械和電氣命的要求也更高，基于上述原因高壓電容器組一般為手動投切。五、案例分析1。電網(wǎng)狀況及用電設備（11#變壓器容量為16000KVA為35KV/10KV為2臺7200KVA中頻爐變和一臺1800KVA加熱爐變，中頻爐運行產(chǎn)生的特征諧波以11、13次為主，濾波裝置接入10KV母線。（2）4＃變壓器容量為20000KVA，變比為35KV/10KV，主要負載為10KV母線側(cè)2臺8000KVA中頻爐變和總功率為4200KW直流軋機,濾波裝置接入10KV母線.2.投資效果分析(1分2為1#變4＃變.本案列僅討論1#變，1#變諧波濾除及無功補償裝置總投資五十多萬元(2）諧波治理及無功補償效果濾波裝置投入后,系統(tǒng)10KV側(cè)諧波電壓畸變率由10。5％降到了385%，諧波電流畸變率也由10.20%降到了7。1%，各次諧波均在國標允許值以內(nèi).系統(tǒng)功率因數(shù)也從0。827提升到了0.99，濾波裝置投入后，系統(tǒng)消耗的總無功功率減少了4800Kvar.3.節(jié)電效果（1)線路頻率損后的節(jié)電設公司1＃主變最大負荷全年耗電時間為3000小時（τ)，線路能損耗于傳輸電能比為0.03以δ表示.則，補償后的全年節(jié)電量：△WL=SL＊cosφ1＊δ*τ*｛1-［cosφ1/cosφ2］2}=0.8×16000×0.827×0.03×3000×[1—(0.827/0.99)］≈288000(kw·h)注：0.8為主變負荷率（2）補償后變壓器全年節(jié)電量：△WT=△Pd＊（S1/S2)2＊τ＊[1-(cosφ1/cosφ2)2］=240×{（0.8×16000）/16000｝2×3000×0.30218≈140000（kw·h)式中Pd為變壓器短路損耗,為240KW(3)補償投入后的全年總的節(jié)電效果△W=△WL+△WT=288000+140000=428000（kw·h)=428000x0。58元=24.8萬元式中：電費按0。58元/度，負荷1年工作時間為3000小(4）力率電費的節(jié)約：根據(jù)浙江地區(qū)的電費計價方式，用戶全年應交納的功率因數(shù)調(diào)整費約為（以當?shù)毓╇娋止β室驍?shù)考核點為0。9計算，補償前用戶系的功率因數(shù)為0.827,則功率因數(shù)罰款力率為+3。5％）力率罰款電費=有功電費＊力率=有功功率＊全年工作小時＊電費單價＊力率由于投入的設備具有一定的節(jié)能效果，以及通過無功補償，提高功率因數(shù)，全年節(jié)電效益明顯,僅節(jié)電一項，可使投資在6個月內(nèi)得回收。投資效益顯著.=10500＊3000*0.58＊3。5％=64萬元因無功補償裝置投入后,系統(tǒng)功率因數(shù)達到了功率因數(shù)考核點以上，故不會再產(chǎn)生功率因數(shù)罰款電費，反而還會有部分電費獎勵。力率獎勵電費=有功電費＊力率=有功功率*全年工作小時＊電費單價＊力率=10500＊3000＊0.58*0。75%=13.7萬元（5）合計全年節(jié)約電費：24。8+64+13.7=102.5萬4、投資回收期投資回收期約為：54/102。5≈6個月過此次課程設計,使我更加扎實的掌握了有關電力系統(tǒng)方面的知識,在設計過程中雖然遇到了一些問題,但經(jīng)過一次又一次的思考，一遍又一遍的檢查終于找出了原因所在,也暴露出了前期我在這方面的知識欠缺和經(jīng)驗不足。設計主要涉及了電力系統(tǒng)的無功功率平衡問題，讓我對電力系統(tǒng)無功平衡有了更加深入的學習和了解，掌握了各種無功補償措施以及補償裝置的特點和使用場合。通過采用合適的無功補償措施，對電力系統(tǒng)進行分地區(qū)、分電壓等級地進行無功平衡，能夠有效地改善電壓質(zhì)量,使用戶處的電壓接近額定值，同時能夠提供功率因數(shù),降低電網(wǎng)損耗，大設 大提高系統(tǒng)的運行效率。計 此次設計也讓我明白了思路，有什么不懂不明白的地方要及時請教小 或上網(wǎng)查詢，只要認真鉆研，動腦思考，動手實踐，就沒有弄不懂的識，收獲頗豐。結 參考文獻：及 [1]馮凱輝.計[D]長沙理工大學，2010。參 [2]賈宏偉。無功補償控制器設計方案的研究與實現(xiàn)D].華南理工大學，?？?[3］翁薇.低壓無功補償控制器的研究與設計］.湖南大學,2009。文 ［4]唐寅生盛萬興凱.特高壓電網(wǎng)無功補償設計和運行方法研［J。獻 中國電力，2006,06:22-25.［5]孫文濤.［]。西北工業(yè)大學,2003。[6］周雪松.計[D].，2014.［7計[業(yè)大學,2013。一、格式內(nèi)容（20)1．格式規(guī)范、內(nèi)容完整，未有抄襲現(xiàn)象，得20分2．格式大部分規(guī)范,部分需修改。得10分。二、條